Understanding High-Pass Filters
A உயர்-பாஸ் வடிப்பி (HPF) என்பது ஒரு அதிர்வெண்-தேர்வு சமிக்ஞை-செயலாக்க உறுப்பு ஆகும், இது அனுமதிக்கிறது vibration குறிப்பிட்ட கட்-ஆஃப் அதிர்வெண்ணுக்கு மேலுள்ள கூறுகள் கடந்து செல்ல அனுமதிக்கும் அதே வேளையில், கட்-ஆஃப்-க்குக் கீழுள்ள கூறுகளைத் தணிக்கிறது. இதில் vibration analysis, ஹை-பாஸ் வடிகட்டிகள் குறைந்த அதிர்வெண் அதிர்வை அகற்றுகின்றன ( unbalance and misalignment) இதனால் பகுப்பாய்வாளர் அதிக-அதிர்வெண் உள்ளடக்கத்தில் கவனம் செலுத்த முடியும் ( தாங்கு குறைபாடுகள், gear mesh, and electrical sources), and they eliminate DC offsets and low-frequency drift. It is the mirror image of a குறைந்த-பாஸ் வடிப்பு.
ஹை-பாஸ் வடிகட்டிகள் அடிப்படையானவை envelope analysis and general சிக்கல்-வடிகட்டல் (anti-aliasing, by contrast, is a low-pass function applied before digitisation), enabling extraction of diagnostic information from a chosen frequency range while rejecting unwanted low-frequency components that would otherwise mask or overwhelm the signals of interest.
1. வடிப்பு பண்பியங்கள்
எந்தவொரு உயர்-கடப்பு வடிப்பானும் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதை மூன்று அளவுருக்கள் வரையறுக்கின்றன: அதன் கட்-ஆஃப் அதிர்வெண், அதன் சாய்வு, மற்றும் அதன் அடிப்படை வடிவமைப்பு வகை.
- கட்-ஆஃப் அதிர்வெண் (fc): வடிப்பான் பதில் −3 dB (கடப்பு வரம்பு வீச்சின் 70.7%) வரை குறையும் அதிர்வெண். f க்குக் கீழேc அதிர்வெண்கள் படிப்படியாகத் தணிக்கப்படுகின்றன; f க்கு மேலேc அவை குறைந்தபட்ச இழப்புடன் கடந்து செல்கின்றன. பயன்பாடு மற்றும் ஆர்வத்திற்குரிய அதிர்வெண் உள்ளடக்கத்திற்கு ஏற்ப கட்-ஆஃப் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகிறது.
- Filter slope (roll-off rate): கட்-ஆஃப்பிற்குக் கீழே உள்ள தணிப்பின் விகிதம், ஆக்டேவுக்கு dB அல்லது டெக்கேடுக்கு dB என வெளிப்படுத்தப்படுகிறது. ஒரு 1st-order filter rolls off at 6 dB/octave (20 dB/decade) — a gentle slope; a 2nd-order 12 dB/octave (40 dB/decade) இல் — மிதமானது; ஒரு 4th-order 24 dB/octave (80 dB/decade) இல் — செங்குத்தானது. அதிக வரிசைகள் கூர்மையான மாற்றத்தையும் சிறந்த நிராகரிப்பையும் வழங்குகின்றன, ஆனால் செயல்படுத்த மிகவும் சிக்கலானவை.
The filter type கூர்மை மற்றும் நம்பகத்தன்மைக்கு இடையேயான சமரசத்தை தீர்மானிக்கிறது:
- Butterworth: maximally flat passband response.
- Chebyshev: கூர்மையான கட்-ஆஃப், ஆனால் கடப்பு வரம்பில் சிற்றலையுடன்.
- Bessel: சிறந்த நேர-களப் செயல்பாடு, குறைந்தபட்ச phase distortion.
- Elliptic: அனைத்திலும் கூர்மையான மாற்றம், ஆனால் கடப்பு வரம்பு மற்றும் தடுப்பு வரம்பு ஆகிய இரண்டிலும் சிற்றலையுடன்.
2. அதிர்வு பகுப்பாய்வில் பயன்பாடுகள்
Bearing defect detection
இது மிகவும் பொதுவான பயன்பாடு. பொதுவாக 500–2000 Hz கட்-ஆஃப் குறைந்த-அதிர்வெண் சமநிலையின்மை மற்றும் சீரமைப்பின்மை அதிர்வை அகற்றி, தாங்கி சேதத்தால் உருவாக்கப்படும் உயர்-அதிர்வெண் தாக்க சமிக்ஞைகளை விட்டுச் செல்கிறது. இது எண்வலப் பகுப்பாய்வு செயலாக்கத்தின் முதல் கட்டமாகும், இது பின்னர் அந்தத் தாக்கங்களை டீமாடுலேட் செய்து கொண்டு பழுது அதிர்வெண்கள்.
வேகம் அல்லது இடப்பெயர்ச்சிக்கு ஒருங்கிணைப்பு
When integrating acceleration to velocity அல்லது displacement, 2–10 Hz இல் அமைக்கப்பட்ட ஒரு HPF, DC ஆஃப்செட் மற்றும் மிகக் குறைந்த அதிர்வெண்களை அகற்றுகிறது, இல்லையெனில் அவை பெரிய நகர்வுப் பிழைகளாக ஒருங்கிணைக்கப்படும். துல்லியமான குறைந்த-அதிர்வெண் ஒருங்கிணைப்புக்கு இந்தப் படி அவசியம்.
Sensor mounting resonance — a band-limiting task
An accelerometer mounting resonance — typically 3–10 kHz for a magnetic mount — can distort readings. Because this artefact sits at high frequency, a high-pass filter does not remove it: it is suppressed by limiting the upper frequency range with a low-pass (band-limiting) filter, or avoided by keeping the analysis band below the resonance. In envelope analysis, a resonance region may even be used deliberately as the demodulation carrier band. Sound சென்சார் பொருத்தம் practice complements the filtering.
DC-offset removal
மிகக் குறைந்த கட்-ஆஃப் (0.5–2 Hz) கொண்ட ஒரு உயர்-கடப்பு வடிப்பான் ஒரு சமிக்ஞையின் DC கூறை அகற்றுகிறது. சரியான சமிக்ஞை செயலாக்கத்திற்கு இது அவசியம், இது FFT errors and integration drift.
3. நடைமுறை செயல்படுத்தல்
Analog versus digital filters
Analog high-pass filters are hardware circuits inside the signal-conditioning chain. They operate in real time as part of sensor signal conditioning (the anti-aliasing stage that accompanies them is a low-pass filter) and have fixed characteristics once designed. Digital high-pass filters மென்பொருள் அடிப்படையிலானவை மற்றும் பிந்தைய-செயலாக்கத்தில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன; அவற்றின் கட்-ஆஃப் மற்றும் வரிசை சரிசெய்யக்கூடியவை, மேலும் தரவு சேகரிப்புக்குப் பிறகு அவற்றைப் பயன்படுத்தலாம் அல்லது அகற்றலாம். நவீன பகுப்பாய்விகள் பல டிஜிட்டல் வடிப்பான் விருப்பங்களை வழங்குகின்றன, இதனால் அதே பதிவை பல வழிகளில் ஆராயலாம்.
Selecting the cutoff frequency
For bearing analysis, set fc well above the rotor-related components — typically a 500–1000 Hz cutoff. This removes 1×, 2× and other low-frequency machine components and passes the high-frequency structural-resonance region excited by bearing impacts. Note that the bearing fault repetition frequencies themselves (typically 50–500 Hz) lie below such a cutoff: they are recovered afterwards in the envelope spectrum by demodulating the high-frequency signal, not passed directly through the filter. For integration, set fc ஆர்வத்திற்குரிய மிகக் குறைந்த அதிர்வெண்ணை விட 2–5× இல்: மிகக் குறைவாக இருந்தால் நகர்வை அனுமதிக்கிறது, மிக அதிகமாக இருந்தால் செல்லுபடியாகும் குறைந்த-அதிர்வெண் கூறுகளைத் தணிக்கிறது, பொதுவான ஒருங்கிணைப்புக்கு 2–10 Hz பொதுவானது.
4. அளவீடுகளில் விளைவுகள்
ஒரு உயர்-கடப்பு வடிப்பான் பகுப்பாய்வாளர் மனதில் கொள்ள வேண்டிய மூன்று வழிகளில் சமிக்ஞையை மாற்றுகிறது:
- Amplitude effects: கட்-ஆஃப் அலைவெண்ணுக்குக் கீழுள்ள அலைவெண்கள் குறைக்கப்படுகின்றன, மிகக் குறைந்த அலைவெண்கள் கிட்டத்தட்ட முற்றிலும் நீக்கப்படுகின்றன, கட்-ஆஃபுக்கு மிக மேலே உள்ள அலைவெண்கள் பாதிக்கப்படாமல் விடப்படுகின்றன; மாறுநிலைப் பகுதியில் ஒரு கூர்மையான விளிம்புக்குப் பதிலாக படிப்படியான குறைப்பு காணப்படுகிறது.
- Phase effects: all filters introduce a frequency-dependent phase இடப்பெயர்ச்சி, இது நேர-களம் அலைவடிவத்தின் வடிவத்தை மாற்றக்கூடும். Bessel வடிகட்டிகள் இந்த கட்ட சிதைவைக் குறைக்கின்றன, அலைவடிவ நேரம் விளக்கப்படும்போது இது முக்கியமானது.
- Waveform effects: வடிகட்டி குறைந்த-அலைவெண் அடிப்படை மாறுபாடுகளை அகற்றி, அதை மையப்படுத்துகிறது time waveform பூஜ்ஜியத்தைச் சுற்றி, இது அதன் வெளிப்படையான தன்மையை மாற்றக்கூடும். எனவே ஒரு அலைவடிவத்தை விளக்கும்போது என்ன வடிகட்டுதல் பயன்படுத்தப்பட்டது என்பதை அறிந்திருப்பது முக்கியம்.
5. ஹை-பாஸ் வடிகட்டிகளை மற்ற வடிகட்டிகளுடன் இணைத்தல்
ஹை-பாஸ் வடிகட்டிகள் தனித்து செயல்படுவது அரிது. ஒரு ஹை-பாஸை ஒரு லோ-பாஸுடன் இணைப்பது உருவாக்குகிறது பட்டை-பாஸ் வடிப்பி: HPF குறைந்த அலைவெண்களைத் தடுக்கிறது, LPF உயர் அலைவெண்களைத் தடுக்கிறது, இந்த இணைப்பு ஒரு நடுப் பட்டையை மட்டுமே கடத்துகிறது — ஒரு குறிப்பிட்ட அலைவெண் வரம்பைத் தனிமைப்படுத்தத் தேவையான துல்லியமான தேர்ந்தெடுப்புத் தன்மை இதுவே. ஒரு முழுமையான multi-stage processing சங்கிலியில், டிஜிட்டல்மயமாக்கலுக்கு முன் ஆன்டி-அலையாசிங் (லோ-பாஸ்) பயன்படுத்தப்படுகிறது, ஒரு ஹை-பாஸ் DC-ஐ அகற்றுகிறது, ஒரு பேண்ட்-பாஸ் என்வலப் பகுப்பாய்வுக்காக சமிக்ஞையை சீரமைக்கிறது; இந்த வரிசையான வடிகட்டுதல் எளிய நிலைகளிலிருந்து சிக்கலான சமிக்ஞை சீரமைப்பை உருவாக்குகிறது. அதற்குப் பதிலாக ஒரு குறுகிய தனிக் கூறு நிராகரிக்கப்பட வேண்டிய இடத்தில், ஒரு notch filter is the complementary tool.
6. கள அளவீட்டில் ஹை-பாஸ் வடிகட்டுதல்
அன்றாட கள வேலையில், மேலோங்கிய ரோட்டார் அதிர்வுக்குக் கீழே ஒரு மங்கலான பேரிங் குறைபாட்டைத் தெரியச் செய்வது சரியான ஹை-பாஸ் அமைப்பே. போன்ற ஒரு கையடக்க இரு-சேனல் பகுப்பாய்வி Balanset-1A சமன்செய்தல் மற்றும் கண்டறிதல் ஆகிய இரண்டிற்கும் தேவையான பரந்த-அலைவரிசை சமிக்ஞையை அளவிடுகிறது, மேலும் என்வலப் பகுப்பாய்வுக்கு முன் ஒரு ஹை-பாஸ் நிலையைப் பயன்படுத்துவது, அதே இயந்திரத்தில் உள்ள பெரிய 1× அன்பேலன்ஸ் பதிலிலிருந்து ஆரம்பகால கூறுகளைப் பிரித்தறிய பொறியாளரை அனுமதிக்கிறது தாங்கு குறைபாடுகள் ஹை-பாஸ் பண்புகளை — கட்-ஆஃப் அலைவெண், வடிகட்டி வரிசை, மற்றும் வீச்சு ஹை-பாஸ் கட்டத்தில் ஏற்படும் விளைவுகள் — புரிந்துகொள்வது, சரியான பேரிங் பகுப்பாய்வுக்கும், நம்பகமான சமிக்ஞை ஒருங்கிணைப்புக்கும், அலைவெண்-தேர்ந்தெடுப்பு அளவீட்டைக் கோரும் எந்தப் பணிக்கும் இன்றியமையாதது.
